柔性曲面形状检测传感网络设计

针对太阳能帆板等柔性曲面检测,其动态变形检测难度大。用光纤光栅（Fiber bragg grating,FBG）设计曲面传感阵列,利用空分复用和波分复用技术构建传感网络检测系统。传感器网络的数目根据波动理论和检测仪器的最大解调范围确定;传感网络在曲面的分布根据曲面应力状况和变形特点进行植入式分布,在振幅最大的位置布置传感器,在曲面应变大的位置布置稠密,反之稀疏,根据曲面变形的有限元模型,实现模拟太阳能帆板柔性曲面传感网络设计。并对传感网络的检测精度进行试验,试验表明此传感网络中传感器检测具有良好的线性关系,传感网络中传感器布置位置合理,传感网络能够检测帆板的多种变形。传感器封装在保持40 mm的长度中,传感器测试误差仅有0.4％,柔性曲面测试误差小于4%。     

FBG细径形状传感器的应变传递和精度实验

细径形状传感器在医学上有多种潜在的应用,如乳腺肿瘤胸部穿刺针的定位、肠道内窥镜的形状显示、心脏血管导管的定位等,其形状重建和末端定位精度一直是研究者关心的主要问题之一。为了提高光纤光栅形状传感器的形状重建精度,本文研究了沿基材母线等间隔分布的FBG形状传感器的应变传递规律并对其进行实验验证。此形状传感器利用环氧树脂胶将FBG封装至镍钛合金丝表面,形成FBG形状传感器的基材-黏结层-光纤-黏结层的四层复合材料结构。根据光纤光栅传感器应变传递力学简化模型,推导出相应的平均应变传递率公式;分别研究光纤至基材中心距、黏结层长度、厚度和弹性模量对光纤光栅传感器平均应变传递率的影响。实验结果表明,封装后的光纤光栅传感器平均应变传递率在有效范围内随着基材长度的增加而增加,黏结层外径的增加对其影响不大,验证了理论模型的可用性。将应变传递率引入形状重建中,改进了FBG形状传感器的形状重建算法,末端相对定位精度由原来的3.5%提高到2.7%。     

利用超短FBG光谱线性区的传感解调系统

为了研究一种星载光纤光栅传感解调系统,通过高掺锗光纤载氢增敏和优化紫外曝光功率,实现了栅区长度小于0.5mm,反射率大于40%,3dB带宽大于5nm,反射谱边缘有效线性区域大于2nm的超短光纤光栅的写制。提出了一种将超短FBG作为传感器件,利用其光谱线性区进行传感解调的方法。将中心波长位于光谱线性区域的稳频激光入射到超短光纤光栅,随着超短光纤光栅光谱的漂移,反射光的功率随之变化。由于稳频激光位于线性区域,返回光功率与光谱漂移量呈线性关系,因而可实现传感测量。将该系统用于应变和温度的测量,结果表明,光功率随应变、温度变化具有较好的线性关系,线性度分别为0.997和0.999,灵敏度分别为54.59nW/με和230nW/℃。该方法可用于温度及应变的精确测量,并且具有结构简单、功耗小、测量空间分辨率高等潜在优势。     

植入光纤光栅的软体驱动器形状传感研究

软体机器人由于具有柔顺性和适应性等特点,在外科手术和狭窄空间等方面具有无可比拟的优势,为了实现微创手术等狭小空间中软体驱动器的姿态传感监测,提出基于植入式光纤光栅的柔性传感方法,首先将光纤布拉格光栅（FBG）植入在软体驱动器中;然后在软体驱动器的不同弯曲状态下,通过实验测试分析FBG点的光谱、波长漂移量和曲率等信息,利用3次样条插值等算法实现软体驱动器的三维形状拟合重构。实验结果表明,驱动器实际弯曲角度和重构算法之间的误差不足45%,传感器重复性的偏差指数不足7%。所提出的基于植入式光纤光栅的柔性传感方法可以实现软体机器人的姿态传感监测,在医疗外科手术领域具有广阔的应用前景。     

软体气动驱动器弯曲变形光纤传感与形状重构

为解决软体气动驱动器弯曲变形的柔性传感测量问题,提出将光纤光栅植入软体气体驱动器应变限制层进行曲率测量与形状重构的方法。建立了软体机构变形光纤传感重构算法模型,理论分析了光纤光栅光谱变化与应变限制层弯曲曲率的关系。搭建了基于光纤光栅特性的软体传感、解调及曲率标定装置,实验分析了不同曲率下光纤光栅反射光谱的特征,得出光纤光栅中心波长漂移量与弯曲变形曲率的关系,计算得出软体气动驱动器在不同弯曲状态下的曲率值,重构出软体气动驱动器的变形形状,验证了形状重构结果的正确性。实验结果表明:将光纤光栅植入软体气体驱动器应变限制层,利用光纤光栅反射光谱变化可实现软体驱动器的曲率测量与形状传感,3种弯曲状态下光纤光栅传感测量值与软体驱动器曲率标定值之间的最大误差为2.1%。该光纤传感方法在软体气动驱动器柔性传感与闭环控制方面具有广阔的应用前景。     

渐进式内窥镜形状的感知和重建

给出并分析了一种内窥镜镜体形状感知系统,特别是给出了曲率传感头的检测原理,及介入装置和控制子系统的设计.将中心波长为1539.234nm和1538.882nm的两根布拉格光纤光栅(Fiber Bragg Grating)封装在细径基材上,构成直径为3mm应变测量传感器.在介入装置作用下,传感器沿内窥镜活检钳道按平均速度30mm/s间歇式推进,并在介入过程中,每隔50mm等间隔距离采样传感器上的Bragg波长变化值,推算出各点的应变和空间曲率信息.最终运用基于离散点曲率信息的空间曲线拟合方法重建内窥镜镜体的空间形状.实验结果表明:系统原理的可行性,对圆形实验模型的测试表明,传感器插入1000mm后其末端在x、y和z方向上的误差分别为0.5mm、0.8mm和-3.4mm.同时也表明:介入人体的肠道内窥镜形状显示可极大地提高内窥检查安全性.     

应用CWDM实现FBG传感解调的研究

本文利用粗波分复用器（CWDM）的传输特性与波长的关系，提出了一种FBG传感解调方法并建立了实验系统。通过理论分析计算，得出系统的输入／输出之间的关系，并进行了实验验证。系统的波长解调范围为4nm左右，在没有进行光功率补偿的情况下，根据实验数据的分析计算，方差最差的情况下σmax=4pm。本系统在对分辨率要求不高的工程实际中的动态解调有着广泛的应用前景。     

基于光纤光栅传感阵列及双目视觉的内窥镜三维显形系统的研究

内窥镜柔性杆在体内的形状显示是一种新型的技术,在这种技术的帮助下,当病人的结肠处于一种不正确的位置上或者说在进境的过程中内窥镜柔性杆的形状形成了扭曲,而形状扭曲会导致内窥镜检查的不安全陛,如果预先知道这种状况的发生,就能给诊断带来安全陛.本文主要研究了一种基于光纤光栅传感阵列的内窥镜柔性杆的形状及双目视觉的内窥镜镜手柄部分的姿态检测方法,这两种方法的集成构成了整个内窥镜的显形系统.详细的分析包括基于光纤光栅传感器信息的检测原理以及空间曲线重建算法,内窥镜手柄部分相对于世界坐标系的位姿估计.实验结果证明了提出方法的有效性.比较以前的研究,形状重建的精度已经提高到了4.5mm.通过加入内窥镜手柄的位姿检测,整个三维形状显示子系统变得更加有效和更实用化.     

基于WPM的高精度光纤Bragg温度传感系统研究与设计

根据边缘滤波器的Bragg光栅温度解调原理,利用DSP2407作为处理芯片,设计完成了光电转换和信号调理电路,构建并实验研究了低成本温度传感检测解调系统。解调系统采用双光路结构,并提出了一种对称双通道信号数据融合方案,从理论与技术上做到消除由于激光光源和光路造成光强波动带来的测量漂移问题。引入数字温度计与设计光纤光栅温度系统,利用恒温水槽进行了对比实验。实验数据表明:在环境温度对光源以及对整个系统的影响下,系统温度测量仍具有良好的稳定性与精度。     

DEFICIENT INFORMATION MODELING OF MECHANICAL PRODUCTS FOR CONCEPTUAL SHAPE DESIGN

0 INTRODUCTIONThe importance of conceptual design is obvious in the product development process, and computer-aided conceptual design has become a major hotspot in the design field[1]. One predominant field of conceptual design is shape concept generation that has generally remained hard to formalize and systematize. The conventional CAD systems were not developed for this particular task[2].*Conventional geometric modeling techniques depend on purely mathematical representation to descr…     

数控机床智能控制系统鲁棒性策略研究

在分析不可预测扰动和可预测扰动对智能控制系统鲁棒性影响的基础上，提出了提高智能控制系统鲁棒性的相应策略，并用遗传算法对控制参数进行优化。在数控机床液压油温智能控制系统和数控机床加工误差补偿系统中获得了较好应用。     

传感器故障诊断实时监测系统设计的探讨

对大型设备运行状态监测和故障的早期诊断与预报活动中,传感器自身故障的及时发现与判别尤为重要。本文提出以设备子系统的（或某一功能的）传感器监测参数为划分原则,将单传感器的监测信号综合作为多传感器监测而进行信息的融合处理,从而判别子系统运行状态和传感器信号的真实性的构思,并探讨传感器故障诊断实时监测系统的设计方案。     

USING COLORED TIMED PETRI NET FOR THE SOLUTION OF DEADLOCK IN A FLEXIBLE ASSEMBLY SYSTEM

0 INTRODUCTIONThe manufacturing process and assembly inworkshop are regarded as discrete events.Thesystem,which involves these process is called discreteevent dynamic system (DEDS). Many modeling toolshave been employed for modeling this kind of system,such as, queuing theory, critical path method, max-min algebra, perturbation analysis and Petrinet.AInong these tools, Petri nets are graphical andmathematical modeling too1 which is applicable tomany systems. They are promising tools fo…     

ANALYSIS OF TIPOVER STABILITY FOR NOVEL SHAPE SHIFTING MODULAR ROBOT

A novel three-module robot has been introduced. It can change its configuration to adapt to the uneven terrain and to improve its tipover stability. This three-module tracked robot has three kinds of symmetry configuration. They are line type, triangle type, and row type. After the factors and the countermeasures of mobile robot's tipover problem are analyzed, stability pyramid and tipover stability index are proposed to globally determinate the mobile robot's static stability and dynamic stability. The shape shifting robot is tested by this technique under the combined disturbance of pitch, roll and yaw in simulation. The simulation result shows that this technique is effective for the analysis of mobile robot's tipover stability, especially for the reconfigurable or shape shifting modular robot. Experiments on three symmetry configurations are made under unstructured environments. The environment experiment shows the same result as that of the simulation that the triangle type configuration has the best stability. Both simulation and experiment provide a valid reference for the reconfigurable robot's potential application.     

微拉伸系统中微弹簧力学传感器的研究

研究应用于薄膜力学微拉伸测试系统的微弹簧力传感器.在单轴薄膜微拉伸系统的基础上,通过有限元模拟分析,研究以S型弹簧为结构基础的微弹簧力传感器.根据模拟结果,利用高精度线切割和UV-LIGA(Ultraviolet Lithographie GalVanoformung Abformung)技术制备出微弹簧力传感器,并在自制装置上进行标定.标定结果表明,由负胶工艺制备的自由式微弹簧力传感器有良好的线性,而且与Ansys模拟的弹性系数结果一致,为微拉伸测试系统提供良好的条件.     

基于时间Petri网的实时并行设计过程建模研究

分解与重组基于特征的零件设计与工艺设计的并行过程 ,实现了基于特征的零件设计与工艺设计的实时并行 ;通过增加设计小循环次数来减少设计大循环次数 ,从而减少设计的反复过程和缩短产品开发周期。建立了基于时间Petri网零件设计与工艺设计的实时并行过程模型 ,通过计算设计循环时间 ,定量分析了实时并行过程的时域性 ,理论分析与实际基本一致 ,为实施产品实时并行设计方法提供了可靠的理论依据。     

板形信号模式识别方法的研究

通过对板带板形信号的分析,针对传统板形信号模式识别方法抗干扰能力差、逼近阶n难以确定和逼近精度有限的缺点,应用模糊分类理论和最优化方法,构建了一种新的板形信号模式识别方法,有效提高了识别的精度和速度,可以满足板带轧机高精度板形控制的要求。     

MODEL-BASED DEVELOPMENT OF REAL-TIME SOFTWARE SYSTEM FOR ELECTRONIC UNIT PUMP SYSTEM

A real-time operating system (RTOS), also named OS, is designed based on the hardware platform of MC68376, and is implemented in the electronic control system for unit pump in diesel engine. A parallel and time-based task division method is introduced and the multi-task software architecture is built in the software system for electronic unit pump (EUP) system. The V-model software development process is used to control algorithm of each task. The simulation results of the hardware-in-the-loop simulation system (HILSS) and the engine experimental results show that the OS is an efficient real-time kernel, and can meet the real-time demands of EUP system; The built multi-task software system is real-time, determinate and reliable. V-model development is a good development process of control algorithms for EUP system, the control precision of control system can be ensured, and the development cycle and cost are also decreased.     

基于函数连接网络的焊接结构工艺过程智能识别系统

从模式识别的基本原理出发，分析了焊接结构工艺过程的分类识别特点；通过模式增强采用函数连接网络结构实现了焊接结构工艺过程的分类学习和自动识别。同时，学习速率较多层网络明显提高。实践表明是一种有效、实用的工艺知识获取和表达方法。